Lực ma sát là gì? Phân loại, vai trò và ứng dụng trong thực tiễn

Lực ma sát là gì?

Trong vật lý, lực ma sát là lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất. Nó chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa 2 bề mặt.

Hiểu một cách đơn giản thì lực ma sát là lực làm cản trở chuyển động của vật và được tạo ra từ những vật tiếp xúc với nó.

Lực này sẽ làm động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt chuyển hóa thành dạng năng lượng khác. Quá trình chuyển hóa năng lượng đó thường xảy ra do sự va chạm giữa các phân tử của 2 bề mặt.

Nó có thể gây ra chuyển động nhiệt hay thế năng dự trữ trong phần biến dạng của các bề mặt hoặc chuyển động của các electron. Chúng được chuyển hóa thành quang năng hoặc điện năng. Trong nhiều trường hợp thực tế, động năng tại các bề mặt chủ yếu được chuyển hóa thành nhiệt năng.

Xét về bản chất vật lý, lực ma sát giữa các vật thể trong thực tế cuộc sống là lực điện từ. Đây là lực cơ bản giữa các phân tử, nguyên tử trong tự nhiên.

Phân loại lực ma sát

Lực ma sát gồm 3 loại chính là: ma sát trượt, ma sát nghỉ và ma sát lăn. Cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về các loại lực ma sát trong phần dưới đây nhé!

Lực ma sát trượt

Đây là lực ma sát sinh ra khi vật chuyển động trượt trên một bề mặt. Khi đó, tại chỗ tiếp xúc, bề mặt tác dụng lên vật một lực ma sát trượt, làm cản trở vật chuyển động trên bề mặt.

Qua khái niệm trên, chúng ta sẽ dễ dàng trả lời được câu hỏi lực ma sát trượt xuất hiện khi nào? Lực này sẽ xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc của vật khi nó chuyển động trượt trên một bề mặt.

Độ lớn của lực ma sát trượt

• Tỷ lệ với độ lớn của áp lực.
• Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ di chuyển của vật.
• Phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tình trạng của 2 bề mặt tiếp xúc.

Công thức tính

Fmst= t. N

Trong đó:

• Fmst là ký hiệu độ lớn của lực ma sát trượt (N).
• tlà hệ số ma sát trượt.
• N là phản lực (độ lớn áp lực) (N).

Hệ số ma sát trượt

• Đây là hệ số tỷ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực (hay còn gọi là phản lực).
• Công thức: t= FmstN
• Hệ số t phụ thuộc vào tình trạng và vật liệu cấu thành hai mặt tiếp xúc.

Đặc điểm của véc tơ lực ma sát trượt

• Điểm đặt: Tại vật và sát hai mặt tiếp xúc.
• Phương: Song song so với bề mặt mà vật tiếp xúc.
• Chiều: Ngược chiều động tương đối so với bề mặt tiếp xúc.

Lực ma sát nghỉ

Ma sát nghỉ còn có tên gọi khác là ma sát tĩnh. Khi ta tác dụng vào vật một lực song song với bề mặt tiếp xúc mà vật chưa di chuyển, thì mặt tiếp xúc đã tác dụng lên vật đó một lực ma sát nghỉ cân bằng với ngoại lực. Nói cách khác, lực ma sát nghỉ xuất hiện khi vật nằm yên trên bề mặt vật khác.

Một số đặc điểm của lực ma sát nghỉ

– Lực ma sát nghỉ có:

• Điểm đặt: Tại vật (sát bề mặt tiếp xúc).
• Phương: Song song so với bề mặt mà vật tiếp xúc.
• Chiều: ngược chiều với lực tác dụng vào vật khi vật đang đứng yên.
• Độ lớn: Bằng với độ lớn của lực tác dụng lên vật.

– Vật sẽ chuyển động khi lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó. Như vậy:

Fmsn max = Fmst

Khi đó: Lực ma sát nghỉ cực đại xấp xỉ bằng với lực ma sát trượt. Vì vậy, chúng ta có thể sử dụng công thức tính lực ma sát trượt để tính lực ma sát nghỉ cực đại (max).

Lực ma sát lăn

• Lực ma sát lăn là lực xuất hiện khi một vật nào đó lăn trên bề mặt vật khác và cản trở chuyển động lăn của vật.

• Lực ma sát lăn có độ lớn nhỏ hơn những lực ma sát động khác.
• Hệ số ma sát lăn có giá trị nhỏ hơn rất nhiều lần hệ số ma sát trượt. Giá trị của hệ số ma sát lăn thường là 0,001.

Vai trò lực ma sát

• Lực ma sát sẽ giữ các vật thể đứng yên trong không gian. Ví dụ cụ thể như: Con người có thể cầm nắm các vật thể trên tay, đinh được giữ trên tường, khả năng giúp con người cầm nắm các vật thể.
• Giúp cho xe đang di chuyển khi vào cua không bị trượt. Trừ trường hợp, lực ma sát quá nhỏ (bề mặt quá trơn) thì người di chuyển vẫn có thể bị trượt.
• Lực ma sát còn đóng vai trò là lực phát động làm vật chuyển động. Để dễ hiểu hơn, bạn có thể tìm hiểu ví dụ: Khi xe chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy mà động cơ sinh ra sẽ làm quay các tuabin rồi truyền lực tới các bánh xe.
• Ma sát lăn giúp cho các vật chuyển động dễ dàng hơn. Để hạn chế tác hại của ma sát trượt, người ta thường tìm kiếm phương án thay thế ma sát trượt thành ma sát lăn. Ví dụ là sử dụng các con lăn, ổ bi,…

Ứng dụng của lực ma sát là gì?

• Lực ma sát được sử dụng để làm biến dạng các bề mặt trong một số lĩnh vực. Nó được sử dụng trong kỹ thuật đánh bóng, sơn mài, mài gương,…
• Lực ma sát được ứng dụng trong việc hãm tốc độ phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. Động năng của phương tiện chuyển thành nhiệt năng và 1 phần động năng của Địa cầu.
• Lực ma sát sinh ra nhiệt năng nên nó được ứng dụng để đánh lửa hay dùng trong đá lửa. Ngoài ra, theo một số giả thuyết thì nó còn được dùng để làm công cụ tạo lửa của người tiền sử.

Những cách thường dùng để giảm ma sát là gì?

Trong nhiều trường hợp, lực ma sát có lợi và được ứng dụng khá phổ biến trong cuộc sống thực tế. Tuy nhiên, nó cũng có nhiều điểm bất lợi như:

• Ngăn cản các chuyển động làm thất thoát năng lượng.
• Mài mòn hệ thống cơ học khiến nó bị biến dạng vượt ngưỡng cho phép của thiết kế.
• Lực ma sát sinh ra nhiệt năng làm biến chất hoặc nóng chảy vật liệu.

Trong những trường hợp trên, người ta luôn muốn làm giảm ma sát để hạn chế các tác hại. Dưới đây là một số cách làm giảm ma sát thường sử dụng:

• Làm giảm ma sát tĩnh: Các đoàn tàu hỏa khi khởi động thì đầu tàu sẽ bị đẩy giật lùi. Việc này sẽ tạo ra khe hở giữa các toa tàu trước khi tiến về phía trước. Đầu tàu chỉ cần kéo từng toa một nên nó chỉ cần chống lại ma sát tĩnh của một toa trong một thời điểm chứ không phải của cả đoàn tàu.
• Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn: Các ổ bi là một ví dụ chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn. Nó giúp giảm ma sát một cách đáng kể, vì thế tình trạng bị bào mòn cũng được hạn chế.
• Thay đổi bề mặt: Việc thay đổi bề mặt cũng góp phần làm giảm ma sát. Trong thực tế, người ta dùng các chất bôi trơn (bột than chì, dầu mỡ,…) giữa những bề mặt rắn. Việc này sẽ giúp làm giảm hệ số ma sát giữa các bề mặt.

Chúng tôi đã cùng các bạn tìm hiểu những kiến thức liên quan tới lực ma sát trong bài viết trên đây. Hy vọng, các thông tin này sẽ giúp bạn nắm rõ hơn về các loại lực ma sát, vai trò và ứng dụng của nó trong thực tế. Cảm ơn các bạn đã đọc tin!

Xem thêm:

• Dòng điện trong chất khí: Bản chất và ứng dụng trong thực tế
• Khối lượng riêng là gì? Tổng hợp khối lượng riêng của các chất
• Thế năng đàn hồi là gì? Khái niệm và công thức tính thế năng
• Cường độ điện trường là gì? Các công thức tính cường độ điện trường
• Cảm ứng điện từ: Định luật len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng